stringtranslate.com

Конструкционная сталь

Различные формы конструкционной стали

Конструкционная сталь — это категория стали , используемой для изготовления строительных материалов различной формы. Многие профили из конструкционной стали имеют форму удлиненной балки, имеющей профиль определенного поперечного сечения . Формы, размеры, химический состав конструкционной стали , механические свойства, такие как прочность, методы хранения и т. д., регулируются стандартами в большинстве промышленно развитых стран.

Большинство профилей из конструкционной стали, таких как двутавровые балки , имеют высокий второй момент площади , что означает, что они очень жесткие по отношению к площади поперечного сечения и, таким образом, могут выдерживать высокие нагрузки без чрезмерного провисания . [1]

Крыша из конструкционной стали на вокзале Манчестер Виктория

Общие структурные формы

Доступные формы описаны во многих опубликованных стандартах по всему миру, а также доступен ряд специальных и запатентованных поперечных сечений.

Стальная двутавровая балка, в данном случае используемая для поддержки деревянных балок в доме.

В то время как многие секции изготавливаются методом горячей или холодной прокатки , другие изготавливаются путем сварки плоских или изогнутых пластин (например, самые большие круглые полые секции изготавливаются из плоской пластины, согнутой в круг и сваренной швом). [2]

Термины угловое железо , швеллерное железо и листовое железо широко использовались с тех пор, как кованое железо было заменено сталью в коммерческих целях. Они сохранились и после эпохи коммерческого кованого железа, и их до сих пор иногда неофициально можно услышать в отношении стальных уголков, швеллеров и листов, несмотря на то, что это неправильные названия (сравните термин «оловянная фольга», который до сих пор неофициально используется для обозначения стальных уголков, швеллеров и листов). алюминиевая фольга). В формальном письме, посвященном металлообработке, используются точные термины, такие как угловая заготовка , швеллерная заготовка и лист .

Стандарты

Стандартные конструкционные стали (Европа)

Большинство сталей, используемых в Европе, соответствуют европейскому стандарту EN 10025 . Однако многие национальные стандарты также остаются в силе. [3]

Типичные марки обозначаются как «S275J2» или «S355K2W». В этих примерах буква «S» обозначает конструкционную, а не конструкционную сталь; 275 или 355 обозначает предел текучести в ньютонах на квадратный миллиметр или эквивалентных мегапаскалях ; J2 или K2 обозначают ударную вязкость материалов по результатам испытаний на удар по Шарпи ; а буква «W» обозначает атмосферостойкую сталь . Дополнительные буквы могут использоваться для обозначения мелкозернистой стали («N» или «NL»); закаленная и отпущенная сталь («Q» или «QL»); и сталь, прокатанная термомеханическим способом («М» или «МЛ»).


1. Спецификация S275JOH S275JOH — это марка стали, соответствующая спецификации EN 10219 и стандарту EN 10210. Наиболее широко используемой спецификацией является стандарт EN10219, который представляет собой сварные конструкционные полые профили холодной штамповки из нелегированных и мелкозернистых сталей.
EN10219-1 определяет технические условия поставки холодногнутых сварных конструкционных полых профилей круглой, квадратной или прямоугольной формы и распространяется на конструкционные полые профили, формованные холодным способом без последующей термообработки.
Требования к допускам, размерам и свойствам сечения труб S275JOH содержатся в стандарте EN 10219-2.
2. Процесс производства стальных труб S275JOH
Процесс производства стали остается на усмотрение производителя стали. Трубы из углеродистой стали S275JOH могут быть изготовлены методом ERW, SAW или бесшовным способом. Все стальные материалы S275JOH и трубы S275JOH должны соответствовать стандартам EN10219. [4]


Доступны обычные марки предела текучести: 195, 235, 275, 355, 420 и 460, хотя некоторые марки используются чаще, чем другие, например, в Великобритании почти вся конструкционная сталь относится к маркам S275 и S355. Более высокие марки доступны из закаленного и отпущенного материала (500, 550, 620, 690, 890 и 960 – хотя марки выше 690 в настоящее время практически не используются в строительстве).

Набор евронорм определяет форму набора стандартных конструктивных профилей:

Стандартные конструкционные стали (США)

Стали, используемые для строительства зданий в США, используют стандартные сплавы, определенные и указанные ASTM International . Эти стали имеют маркировку сплава, начинающуюся с буквы А , а затем две, три или четыре цифры. Четырехзначные марки стали AISI, обычно используемые в машиностроении, машинах и транспортных средствах, представляют собой совершенно другую серию спецификаций.

Стандартными обычно используемыми конструкционными сталями являются: [5]

Углеродистые стали

Высокопрочные низколегированные стали

Коррозионностойкие высокопрочные низколегированные стали.

Закаленные и отпущенные легированные стали

Кованая сталь

Болт без предварительного натяжения (EN 15048)
Болт с предварительной нагрузкой (EN 14399)

Маркировка CE

Концепция маркировки CE для всей строительной продукции и стальных изделий введена Директивой о строительной продукции (CPD) . CPD – это европейская директива , которая обеспечивает свободное перемещение всей строительной продукции внутри Европейского Союза.

Поскольку стальные компоненты «критичны с точки зрения безопасности», маркировка CE не допускается, если система заводского производственного контроля (FPC), в соответствии с которой они производятся, не прошла оценку подходящего органа по сертификации, одобренного Европейской комиссией. [6]

В случае стальных изделий, таких как профили, болты и готовые стальные конструкции, маркировка CE подтверждает, что продукция соответствует соответствующему гармонизированному стандарту. [7]

Для стальных конструкций основными гармонизированными стандартами являются:

Стандартом, охватывающим маркировку CE стальных конструкций, является EN 1090-1 . Стандарт вступил в силу в конце 2010 года. После двухлетнего переходного периода маркировка CE станет обязательной в большинстве европейских стран где-то в начале 2012 года. [8] Официальной датой окончания переходного периода является 1 июля 2014 года.

Сталь против бетона

Выбор идеального конструкционного материала

Большинство строительных проектов требуют использования сотен различных материалов. Они варьируются от бетона всех различных спецификаций, конструкционной стали различных спецификаций, глины, раствора, керамики, дерева и т. д. Что касается несущего структурного каркаса, они обычно состоят из конструкционной стали, бетона , каменной кладки и/или древесину, используя подходящую комбинацию каждого из них для создания эффективной конструкции. Большинство коммерческих и промышленных сооружений в основном построены с использованием конструкционной стали или железобетона . При проектировании конструкции инженер должен решить, какой материал, если не оба, наиболее подходит для конструкции. При выборе строительного материала учитывается множество факторов. Стоимость обычно является контролирующим элементом; однако перед принятием окончательного решения будут приняты во внимание другие соображения, такие как вес, прочность, конструктивность, доступность, устойчивость и огнестойкость.

Железобетон

Конструкционная сталь

Самые высокие конструкции сегодня (обычно называемые « небоскребами » или высотными зданиями ) построены с использованием конструкционной стали из-за ее конструктивных возможностей, а также высокого соотношения прочности и веса. Для сравнения, бетон, хотя и менее плотный, чем сталь, имеет гораздо более низкое соотношение прочности к весу. Это связано с тем, что бетонному элементу конструкции требуется гораздо больший объем, чтобы выдержать ту же нагрузку; сталь, хотя и более плотная, не требует столько материала для выдерживания нагрузки. Однако это преимущество становится незначительным для малоэтажных зданий, а также домов в несколько этажей и менее. Малоэтажные здания распределяют гораздо меньшие нагрузки, чем высотные , поэтому бетон является экономичным выбором. Это особенно актуально для простых построек, таких как гаражи или любого здания простой прямолинейной формы. [16]

Конструкционную сталь и железобетон не всегда выбирают исключительно потому, что они являются наиболее идеальным материалом для конструкции. Компании, как и проектировщики, рассчитывают на возможность получения прибыли от любого строительного проекта. Цена на сырье (сталь, цемент, крупный заполнитель, мелкий заполнитель, пиломатериалы для опалубки и т. д.) постоянно меняется. Если конструкцию можно построить из любого материала, то, скорее всего, подойдет самый дешевый из двух. Еще одной важной переменной является местоположение проекта. Ближайший завод по производству стали может находиться намного дальше от строительной площадки, чем ближайший поставщик бетона. Высокая стоимость энергии и транспорта также будет влиять на выбор материала. Все эти затраты будут приняты во внимание до начала концептуального проектирования строительного проекта. [11]

Сочетание стали и железобетона

Конструкции, состоящие из обоих материалов, используют преимущества конструкционной стали и железобетона. Это уже обычная практика в железобетоне, поскольку стальная арматура используется для придания стали прочности на растяжение бетонной конструкции. Часто встречающимся примером являются гаражи. Некоторые гаражи построены с использованием стальных колонн и железобетонных плит. Будут залиты бетонные основания фундамента, что даст гаражу площадку для строительства. Стальные колонны будут соединены с плитой с помощью болтов и/или приваривания их к стальным шпилькам, выступающим из поверхности залитой бетонной плиты. Сборные железобетонные балки могут быть доставлены на объект для установки на втором этаже, после чего можно залить бетонную плиту для дорожного покрытия. Это можно сделать для нескольких историй. [16] Гараж такого типа является лишь одним из возможных примеров многих конструкций, в которых может использоваться как железобетон, так и конструкционная сталь.

Инженер-строитель понимает, что существует бесконечное количество проектов, которые позволят создать эффективное, безопасное и доступное здание. Работа инженера заключается в том, чтобы работать вместе с владельцами, подрядчиками и всеми другими сторонами, участвующими в создании идеального продукта, отвечающего потребностям каждого. [11] При выборе конструкционных материалов для своей конструкции инженеру приходится учитывать множество переменных, таких как стоимость, соотношение прочности и веса, устойчивость материала, технологичность и т. д.

Тепловые свойства

Свойства стали широко варьируются в зависимости от ее легирующих элементов.

Температура аустенизации, температура, при которой сталь превращается в аустенитную кристаллическую структуру, для стали начинается с 900 °C (1650 °F) для чистого железа, затем, по мере добавления углерода, температура падает до минимума 724 °C ( 1335 °F) для эвтектической стали (сталь, содержащая всего 0,83% углерода по массе). По мере приближения к 2,1% углерода (по массе ) температура аустенизации снова повышается до 1130 ° C (2070 ° F). Точно так же температура плавления стали меняется в зависимости от сплава.

Самая низкая температура, при которой простая углеродистая сталь может начать плавиться, ее солидус , составляет 1130 ° C (2070 ° F). Ниже этой температуры сталь никогда не превращается в жидкость. Чистое железо («Сталь» с 0% углерода) начинает плавиться при температуре 1492 °C (2718 °F) и становится полностью жидким при достижении температуры 1539 °C (2802 °F). Сталь с содержанием углерода 2,1% по массе начинает плавиться при 1130 °C (2070 °F) и полностью расплавляется при достижении 1315 °C (2399 °F). «Сталь» с содержанием углерода более 2,1% больше не является сталью, а известна как чугун . [17]

Огнестойкость

Металлический настил и открытые стальные балки, на которые наносится распыляемая огнезащитная штукатурка, изготовленная из гипса с добавлением полистирола .

Сталь теряет прочность при достаточном нагревании. Критическая температура стального элемента — это температура, при которой он не может безопасно выдерживать нагрузку. [18] Строительные нормы и правила и стандартная практика проектирования конструкций определяют различные критические температуры в зависимости от типа структурного элемента, конфигурации, ориентации и характеристик нагрузки. Критической температурой часто считают температуру, при которой предел текучести снижается до 60% от предела текучести при комнатной температуре. [19] Для определения степени огнестойкости стального элемента можно использовать общепринятую практику расчетов, [20] или провести испытание на огнестойкость , критическая температура которого установлена ​​стандартом, принятым органом, обладающим юрисдикцией. , например, строительный кодекс. В Японии эта температура ниже 400 °C. [21] В Китае, Европе и Северной Америке (например, ASTM E-119) это примерно 1000–1300 °F [22] (530–810 °C). Время, необходимое испытуемому стальному элементу для достижения температуры, установленной стандартом испытаний, определяет продолжительность действия класса огнестойкости . Передачу тепла к стали можно замедлить за счет использования огнезащитных материалов , что ограничивает температуру стали. Обычные методы огнезащиты конструкционной стали включают вспучивающиеся , эндотермические и штукатурные покрытия, а также гипсокартон, облицовку из силиката кальция и изоляционные покрытия из минеральной ваты. [23]

Бетонные строительные конструкции часто соответствуют требуемым нормам огнестойкости, поскольку толщина бетона над стальной арматурой обеспечивает достаточную огнестойкость. Однако бетон может подвергаться растрескиванию , особенно если он имеет повышенное содержание влаги. Хотя дополнительная огнезащита не часто применяется к бетонным строительным конструкциям, ее иногда применяют в транспортных туннелях и местах, где более вероятен пожар углеводородного топлива, поскольку при возгорании легковоспламеняющихся жидкостей элемент конструкции нагревается сильнее, чем при пожаре обычных горючих материалов при пожаре. тот же период пожара. Огнезащитные материалы для конструкционной стали включают вспучивающиеся, эндотермические и штукатурные покрытия, а также гипсокартон , облицовку из силиката кальция и минеральные или высокотемпературные изоляционные шерстяные покрытия. Внимание уделяется соединениям, так как тепловое расширение элементов конструкции может привести к нарушению огнестойкости узлов.

Производство

Распиловка заготовок по длине обычно производится ленточной пилой . [ нужна цитата ]

Линия сверления балок (сверлильная линия) уже давно считается незаменимым средством для сверления отверстий и фрезерования пазов в балках, швеллерах и быстрорежущих элементах. Линии сверления балок с ЧПУ обычно оснащены подающими конвейерами и датчиками положения для перемещения элемента в положение для сверления, а также возможностью зондирования для определения точного места, где должно быть вырезано отверстие или паз.

Для вырезания неровных отверстий или неравномерных торцов на габаритных (непластинчатых) элементах обычно используется резак. Газокислородные горелки являются наиболее распространенной технологией и варьируются от простых ручных горелок до автоматизированных копировальных станков с ЧПУ, которые перемещают головку резака вокруг элемента конструкции в соответствии с инструкциями по резке, запрограммированными в машине.

Изготовление плоской пластины выполняется на центре обработки пластин, где пластина укладывается плашмя на стационарный «стол», а различные режущие головки пересекают пластину с помощью портального рычага или «моста». Режущие головки могут включать в себя перфоратор, дрель или горелку.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Уже, Джейсон; Лесли, Томас; Уайтхед, Роб (21 марта 2014 г.). «Балки: форма и прочность». Дизайн-Тех . стр. 282–300. дои : 10.4324/9781315817057. ISBN 9781315817057.
  2. ^ "Цех металлоконструкций" . Проверено 2 марта 2017 г.
  3. ^ «Конструкционная сталь».
  4. ^ «Труба из углеродистой стали EN10219 S275JOH» . КИТАЙСКАЯ ГИСП ТРУБА . Архивировано из оригинала 22 сентября 2019 г. Проверено 25 октября 2014 г.
  5. ^ Руководство по стальным конструкциям, 8-е издание, 2-е исправленное издание, Американский институт стальных конструкций, 1987, глава 1, стр. 1-5.
  6. ^ Веб-сайт Британской ассоциации стальных конструкций . – SteelConstruction.org:CE-Marking.02.08.2011.
  7. ^ Руководство по маркировке CE стальных конструкций, публикация BCSA № 46/08. п.1.
  8. ^ Сертификация производителя в соответствии с EN 1090, 09.08.2011.
  9. ^ Аб Левитт, М. (1 марта 1982 г.). Сборный железобетон . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-0-85334-994-5.
  10. ^ Попеску, Калин. Оценка стоимости строительства .
  11. ^ abcdefghij Справочник по строительному проектированию . ЦРК Пресс. 1997. ISBN 978-0-8493-2674-5.
  12. ^ Захария, Рауль (6 мая 2009 г.). Проектирование металлоконструкций с учетом требований пожарной безопасности . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-0-415-54828-1.
  13. ^ Расс, Том (25 марта 2010 г.). Устойчивое развитие и этика дизайна . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-1-4398-0854-2.
  14. ^ Аб Чен, Вай-Фа (2005). Принципы структурного проектирования . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-0-8493-7235-3.
  15. ↑ Армстронг, Роберт (7 марта 2014 г.). «Свойства и профилактика бытовой плесени». Абсолютная сталь. Архивировано из оригинала 6 октября 2014 года . Проверено 2 ноября 2014 г.
  16. ^ аб Таранат, Бунгале (14 декабря 2009 г.). Железобетонное проектирование высотных зданий . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-1-4398-0480-3.
  17. ^ http://www.msm.cam.ac.uk/phase-trans/images/FeC.gif [ файл изображения с пустым URL ]
  18. ^ «Что такое конструкционная сталь? - Услуги по изготовлению стали» . Услуги по изготовлению стали . 21 апреля 2016 г. Проверено 26 октября 2016 г.
  19. ^ Инженерия промышленной противопожарной защиты, Роберт Г. Залош, авторские права 2003 г., стр.58.
  20. ^ Залош, Стр. 70
  21. ^ Сигэкура, Юко. «ПРОЦЕДУРА ПОЖАРНОСТИ В ЯПОНИИ» (PDF) . Международная ассоциация науки пожарной безопасности .
  22. ^ Залош, Таблица 3.3.
  23. ^ Рекомендации по передовой практике проектирования структурной огнестойкости бетонных и стальных зданий, Техническое примечание NIST 1681, LT Phan, JL Gross и TP McAllister, 2010. (Просмотреть отчет)

Внешние ссылки

В Wikiquote есть цитаты, связанные с конструкционной сталью .
Викискладе есть медиафайлы, связанные с конструкционной сталью .